孔雀羽毛的秘密 | 梁博士講科學第一期開講啦!

2021-02-15 美麗科學BOS

歷史上,孔雀羽毛引起了很多著名科學家的興趣,包括大名鼎鼎的牛頓和用顯微鏡發現細胞的胡克。今天我們主要說一下胡克對孔雀羽毛的研究。

胡克用顯微鏡對孔雀羽毛進行了觀察,並在1665年出版的《顯微志》中對孔雀羽毛進行了細緻的描繪。

大家看到下圖左下角的黑白插圖就來自《顯微志》,照片中一根根像樹枝的結構叫羽枝,而羽枝上的小毛叫羽小枝,也就是胡克插圖中的主要結構。

胡克在書中提到,他在顯微鏡下觀察到的美景不亞於孔雀開屏。我們也用顯微鏡拍攝了一組影像,在我看來,顯微鏡下的影像更酷炫。我們可以看到羽小枝的結構、色彩和金屬光澤。

△ 孔雀羽毛顯微圖片

胡克對孔雀羽毛的顏色產生了濃厚的興趣,他做了兩組實驗。他把孔雀羽毛浸泡在水中,發現羽毛的顏色發生了改變。這段視頻是我們重複的胡克實驗。大家可以清晰看到,羽毛的藍色在水中變成了綠色

△ 藍色的孔雀羽毛在水中變成了綠色

另外胡克把孔雀羽毛對準太陽,觀察太陽光透過羽毛的顏色。我們通過顯微鏡的透射光模式模擬了這個實驗。可以看到在透色模式下,孔雀羽毛的顏色神奇地變成了棕色、橙色和黃色

△ 孔雀羽毛顯微圖片(反射光)

△ 孔雀羽毛顯微圖片(透射光)

胡克的實驗說明孔雀羽毛的顏色和普通顏料的顏色是不同的。那麼是什麼造成了孔雀羽毛的顏色呢?

為了解答這個問題,我們需要利用放大倍率更高的電子顯微鏡進行觀測。

△ 美麗科學成員楊廣玉用電子顯微鏡觀測孔雀羽毛

△ 孔雀羽毛電子顯微鏡照片

在電子顯微鏡下,我們可以觀察到更精細的「羽小枝」結構,但要進一步探究羽毛顏色的奧秘,還需要切斷「羽小枝」,用電子顯微鏡觀察它的斷面。

這時,我們會發現排列整齊的微觀結構。這些結構會與可見光發生相互作用,導致了孔雀羽毛的特殊顏色。大自然的設計太巧妙了!

△ 日本研究組報導的孔雀羽毛微觀結構

△ 復旦大學研究組報導的孔雀羽毛微觀結構

孔雀羽毛的顏色是由微觀結構導致的,因此這種顏色叫「結構色」。生活中也有一些常見的結構色,比如水面上油膜的顏色、肥皂泡的顏色等等。

△ 水面油膜產生的結構色

通過研究孔雀羽毛秘密,科學家會向大自然學習,創造出更絢麗的色彩,美化我們的生活。比如,大家看到下面糖紙的綠色反光也是一種結構色。

△ 一些包裝紙具有結構色

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